(57)【要約】【課題】  スタックの劣化を考慮した発電出力の制御を行うことの可能な燃料電池および燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】    燃料電池１の発電部２により発電を開始したら、累積発電時間のカウントをする。累積発電時間の増加が基準量以上の場合は、その時点でのスタック内のメタノール濃度を算出する。スタック内のメタノール濃度を算出したら、メタノール濃度を、適切な値に変更するように制御部３により各所のバルブやポンプ等を制御する。累積発電時間の増加に伴い、供給するメタノール濃度を上昇させることで発電出力の低下を防止または軽減することができ、燃料電池システムの寿命を延ばすことが可能になる。発電出力を保つために必要なメタノール濃度を、累積発電時間を基に算出するため、スタックの劣化の度合いを考慮に入れた発電出力の制御が可能となる【選択図】  図６
2007299647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードを有し、液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、
前記起電部に液体燃料を供給する燃料供給手段と、
前記起電部による発電時間を測定する発電時間測定手段と、
前記発電時間に基づいて、前記液体燃料の供給を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記起電部に供給する液体燃料の濃度を前記発電時間に基づいて算出する濃度算出手段を有し、前記制御手段は、前記濃度算出手段により算出された燃料濃度に基づいて、前記液体燃料の供給を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記発電時間に基づいてあらかじめ設定された燃料濃度を記憶する記憶手段を有し、前記制御手段は、前記記憶手段により記憶された燃料濃度に基づいて、前記液体燃料の供給を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記発電時間に基づいて前記発電手段による発電出力を算出する発電出力算出手段を有し、前記制御手段は、算出された発電出力に基づいて前記起電部を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記記憶手段は前記発電時間に基づいてあらかじめ設定された発電出力を記憶し、前記制御手段は、前記記憶手段により記憶された発電出力に基づいて、前記起電部を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
アノードとカソードを有し、液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、
前記起電部に液体燃料を供給する燃料供給手段と、を有する燃料電池の制御方法において、
前記液体燃料と前記酸素を化学反応させて前記起電部により発電し、
前記起電部による発電時間を測定し、
前記測定された発電時間に基づいて、前記液体燃料の供給を制御することを特徴とする燃料電池の制御方法。
【請求項７】
前記起電部に供給する燃料の濃度を、前記起電部による発電時間に基づいて算出し、
前記算出された燃料濃度に基づいて、前記液体燃料の供給を制御することを特徴とする請求項６記載の燃料電池の制御方法。
【請求項８】
前記発電時間に基づいてあらかじめ設定された燃料濃度を記憶し、
前記記憶された燃料濃度に基づいて、前記液体燃料の供給を制御することを特徴とする請求項６記載の燃料電池の制御方法。
【請求項９】
前記発電時間に基づいて前記発電手段による発電出力を算出し、前記算出された発電出力に基づいて前記起電部を制御することを特徴とする請求項６記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１０】
前記発電時間に基づいてあらかじめ設定された発電出力を記憶し、前記された発電出力に基づいて、前記起電部を制御することを特徴とする請求項６記載の燃料電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易である。ＤＭＦＣは発電の際に排出される未使用燃料を再度発電のために使用することができるため、小型で長時間運転が求められる電子機器の電源として適している。このような未使用燃料を再度発電のために使用するＤＭＦＣは、ＤＭＦＣの運転状況の変化に伴い、排出される未使用燃料のメタノール濃度も変化する。ＤＭＦＣを安定動作させるためには、スタックへ供給する濃度または未使用燃料の濃度をリアルタイムに検出し、検出されたメタノール濃度に応じた量の濃度の高いメタノールを供給する必要がある。
ＤＭＦＣへの小型化への要求に伴い、メタノール濃度を測定する濃度計にも小型化が要求されるが、濃度計を小型化すると検出精度が低下しＤＭＦＣの要求する機能を実現できない場合がある。このような問題を解決するものとして、例えば特許文献１に記載されている燃料電池システムが挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、スタックの出力電圧を定期的に測定し、出力電圧が既定の値よりも下回った場合に、メタノール溶液中のメタノール濃度を算出して濃度調整を行う燃料電池が記載されている。この時のメタノール濃度は、定常的に電流を流している状態の電圧と、電流がほとんど流れていない無負荷時の電圧から測定され、別途濃度計を設ける必要がない。そのため、濃度計の小型化に伴う濃度検出精度低下を防止することができ、出力低下を防止することが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−２８５６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の方式の場合、定期的に出力電圧を監視して制御しているのみで、使用時間の増加に伴うスタックの劣化を考慮した制御ではないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、スタックの劣化を考慮した発電出力の制御を行うことの可能な燃料電池および燃料電池の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池は、それぞれ対向配置されたアノードおよびカソードを有する単セルと、前記アノードに燃料を供給する燃料流路と前記カソードに酸化剤を供給する酸化剤流路とを有するセパレータと、前記単セルと前記セパレータとが交互に積層されたスタックと、前記スタックに液体燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段により供給された液体燃料を用いて化学反応により発電を行う起電部と、前記起電部による発電時間を測定する発電時間測定手段と、前記発電時間に基づいて、前記液体燃料の供給を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池の制御方法は、それぞれ対向配置されたアノードおよびカソードを有する単セルと、前記アノードに燃料を供給する燃料流路と前記カソードに酸化剤を供給する酸化剤流路とを有するセパレータと、前記単セルと前記セパレータとが交互に積層されたスタックと、前記スタックに液体燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段により供給された液体燃料を用いて化学反応により発電を行う起電部と、を有する燃料電池の制御方法において、前記液体燃料を用いて前記起電部により発電し、  前記起電部による発電時間を測定し、前記測定された発電時間に基づいて、前記液体燃料の供給を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スタックの劣化を考慮した発電出力の制御を行うことの可能な燃料電池および燃料電池の制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明に係る実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図である。図２は燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図である。燃料電池１は例えばノート型コンピュータ１０の外部電源として用いられる。この燃料電池１はダイレクトメタノール方式の燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）である。メタノールと水を混合した予混合液を燃料とし、この予混合液を空気中の酸素と電解質膜で化学反応させることによって発電させる。このＤＭＦＣは、水素を燃料に用いる燃料電池よりも取り扱いが容易で、装置全体を小型にまとめることができる。
【００１１】
燃料電池１は、直方体に形成された本体１１と、本体１１の底に沿って平坦に延出した載置部１２とを有している。本体１１の壁部には多数の通気孔１１ａが形成されている。本体１１の内部には後述する発電部が納められている。本体１１の一部は、カバー１１ｂとして取り外せるように形成されている。本体１１のカバー１１ｂを取り外した部分には後述する燃料タンクが入れられている
【００１２】
載置部１２は、ノート型コンピュータ１０の後部とドッキングできるように形成されている。載置部１２の内部には、後述する制御部が設けられている。制御部は発電部の動作を制御する。載置部１２の上面には、ノート型コンピュータ１０を連結するロック機構１３と、燃料電池１から電力をノート型コンピュータ１０に供給するためのコネクタ１４とが設けられている。
【００１３】
ロック機構１３は、載置部１２上の３箇所に配置されており、それぞれ位置決め突起１３１とフック１３２とを備える。ノート型コンピュータ１０の後部底面には、ロック機構１３に連結される係合孔、およびコネクタ１４に接続されるソケットが設けられている。  
【００１４】
ノート型コンピュータ１０が載置部１２に押し当てられると、ロック機構１３がノート型コンピュータ１０の係合孔に挿入される。フック１３２によって載置部１２にノート型コンピュータ１０が保持される。その結果、ノート型コンピュータ１０のソケットがコネクタ１４と電気的に接続される。この状態で、本体１１に設けられたスイッチがオンにされると、燃料電池１は、発電を開始する。
【００１５】
載置部１２は、さらにイジェクトボタン１５を備える。このイジェクトボタン１５を押すと、ロック機構１３のフック１３２が解除され、ノート型コンピュータ１０を燃料電池１から取り外すことができるようになる。
【００１６】
図３は燃料電池装置本体内に配設された発電部を示す外観斜視図である。発電部２は、燃料タンク３１、混合タンク４１、起電部５０、排液冷却器７１、第１の冷却ファン７２、復水器８１、第２の冷却ファン８２、濃度センサ９０、および送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５等を備える。これらはベースマニホールド１００の上に載置され、一体に支持される。混合液や水等の流体を流す複数の流路は、ベースマニホールド１００の中に形成されている。
【００１７】
ベースマニホールド１００は、外径が矩形状のベース基板およびベース基板とほぼ同一外形に形成された板状のカバー部材を有している。ベース基板には、流路となる溝が形成され、カバー部材は、これらの溝を覆うようにベース基板に張り合わされている。
【００１８】
排液冷却器７１は、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２を挟んで、復水器８１と並べて配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。
【００１９】
復水器８１は、水平方向に対して傾斜して伸びる複数の凝縮管と、この凝縮管の回りに取り付けられる冷却フィンとを備える。第２の冷却ファン８２は、復水器８１の凝縮管に取り付けられた冷却フィンに沿って、本体１１の通気孔１１ａを通して取り入れた外気を送る。
【００２０】
図４は燃料電池の発電システムの系統図である。発電部２は、燃料供給部３０と予混合液循環部４０と起電部５０と空気供給部６０と燃料冷却部７０と水回収部８０と濃度センサ９０とを備える。
【００２１】
燃料供給部３０は、燃料タンク３１と燃料供給路３２と燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４とで構成されている。予混合液循環部４０は、混合タンク４１と循環ポンプ４２と混合液供給路４３と混合液回収路４４とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とで構成されている。起電部５０は、複数のセルが積層されて構成されている。各セルは、アノード（燃料極）５１とカソード（空気極）５２とこれらの間に挟まれる電解質膜５３とで構成されている。空気供給部６０は、送気ポンプ６１と吸気バルブ６２と吸気フィルタ６３とで構成されている。燃料冷却部７０は、排液冷却器７１と第１の冷却ファン７２と予混合液冷却器７３とで構成される。水回収部８０は、復水器８１と第２の冷却ファン８２と回収槽８３と水供給路８４と水回収ポンプ８５とで構成される。濃度センサ９０は、例えば音速センサが適用されている。物質中の音速を計測することでその物質の密度が分かる。これを基に燃料であるメタノールと水との分子量から予混合液の濃度が求まる。
【００２２】
燃料タンク３１には、液体燃料として高濃度のメタノールが入れられている。燃料タンク３１は、取替えが簡単な燃料カートリッジとして構成されている。したがって、燃料タンク３１を取り替える際は、本体１１に設けられたカバー１１ｂを取り外し、燃料タンク３１を本体１１から取り出す。燃料タンク３１は、燃料供給路３２によって混合タンク４１に連通されている。燃料供給路３２の途中には、燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４が設けられている。燃料バルブ３３は、電磁弁であり、燃料ポンプ３４とともに制御部３によって、動作制御される。
【００２３】
制御部３は、燃料バルブ３３、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、吸気バルブ６２、第１の冷却ファン７２、第２の冷却ファン８２、水位センサ８３ａ、水回収ポンプ８５、排気バルブ８８、濃度センサ９０と信号線で接続され、これらを制御する。制御部３は、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５の各々の流量、および吸気バルブ６２、排気バルブ８８の各々の開度によって、燃料電池１内の各流体の流れを制御する補機を構成している。
【００２４】
混合タンク４１は槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。混合タンク４１の槽４１ａには燃料供給路３２と連通される燃料流入口３２ａと、混合液供給路４３と連通される混合液流出口４３ａと、混合液回収路４４と連通される混合液流入口４４ａとが設けられている。
混合液供給路４３および混合液回収路４４は、混合タンク４１と起電部５０との間に設けられ、予混合液を循環させるループを形成している。混合液供給路４３は、混合タンク４１から起電部５０へ予混合液を送通する。混合液回収路４４は、起電部５０から混合タンク４１へ予混合液を送通する。
【００２５】
混合液供給路４３には、循環ポンプ４２とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とが設けられている。フィルタ４５は、混合タンク４１と循環ポンプ４２との間に配置されている。イオンフィルタ４６は、循環ポンプ４２と循環逆止弁４７との間に配置されている。循環ポンプ４２は、予混合液を混合タンク４１から起電部５０へ送液する。
【００２６】
混合液回収路４４には、排液冷却器７１が設けられている。排液冷却器７１は、複数回折り返された伝熱管と、この伝熱管の周りに直角に取り付けられた多数の放熱フィンとを有している。また、第１の冷却ファン７２が、排液冷却器７１に取り付けられる。第１の冷却ファン７２は、本体１１の通気孔１１ａから外気を冷却空気として吸い込み、放熱フィンに沿う方向に空気を送る。
【００２７】
起電部５０には、アノード５１とカソード５２とが電解質膜５３を挟むように配置されている。アノード５１には混合液供給路４３及び混合液回収路４４が接続され、予混合液が流される。カソード５２には空気供給部６０と通じる吸気路６４及び復水器８１と通じる排気路８６が接続され、空気が流される。
【００２８】
起電部５０では、アノード５１に流される予混合液中のメタノールおよび水が電解質膜５３を介して、カソード５２に流される空気中の酸素と反応し、発電される。このとき、アノード５１側では、反応生成物として二酸化炭素が生成される。生成された二酸化炭素は余った予混合液とともに混合液回収路４４に排出される。また、カソード５２側では、水が水蒸気の状態で生成される。生成された水は湿り空気となって排気路８６に排出される。
【００２９】
空気供給部６０は、送気ポンプ６１で吸気フィルタ６３から酸素を含む空気を吸い込み、吸気路６４を通してカソード５２に送通する。送気ポンプ６１とカソード５２との間には、吸気バルブ６２が設けられている。排気路８６は、復水器８１、排気フィルタ８７および排気バルブ８８を通って、排気口８９へと通じている。排気口８９は本体１１の通気孔１１ａに向かって開口している。排気路８６を通って送られてきた湿り空気中の水分は、復水器８１で凝縮され、復水器８１の下部に配置される回収槽８３に溜まる。回収槽８３は、水供給路８４によって混合液回収路４４の途中に連通している。水位センサ８３ａが回収槽８３に設けられ、溜まった水の水位を検出する。水供給路８４の途中には、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとが設けられている。水回収ポンプ８５は、回収槽８３の水を混合タンク４１に送る。
【００３０】
また、復水器８１で水分がある程度回収された空気は、復水器８１の上部から排気され、排気フィルタ８７へと送通される。排気フィルタ８７は、金属触媒などにより構成される。排気フィルタ８７は排気路８６を通して排気される空気中に含まれるメタノールなどの有害物質を除去する。排気フィルタ８７の直下には、貯溜部８７ａが設けられている。この貯溜部８７ａは回収路８７ｃを介して、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとの間で水供給路８４に連通される。回収路８７ｃは貯溜部８７ａへの逆流を防止する逆止弁８７ｂを備える。
【００３１】
濃度センサ９０は、予混合液中のメタノール濃度を計測するために、バイパス路９１の途中に設けられている。バイパス路９１は、循環ポンプ４２とイオンフィルタ４６との間の混合液供給路４３から分岐され、混合タンク４１に予混合液を還流する。濃度センサ９０の検出分解能が熱によって低下することを防止するために、バイパス路９１には、濃度センサ９０の上流に予混合液冷却器７３が設けられる。
【００３２】
予混合液冷却器７３は、第１の冷却ファン７２によって形成される冷却空気流に対し排液冷却器７１の上流側に配置される。予混合液冷却器７３は、配管を蛇腹状に折り返した形状を有する。濃度センサ９０に送られる予混合液は、予混合液冷却器７３を通過することで冷却される。この場合、予混合液冷却器７３の冷却能力は、濃度センサ９０に送られる予混合液の温度を４０℃以下にする程度であることが望ましい。
【００３３】
燃料電池１の動作中、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２が駆動され、本体１１に形成された通気孔１１ａを通して外気が本体１１内に導入される。通気孔１１ａを通して本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、予混合液冷却器７３および排液冷却器７１を通り、第１の冷却ファン７２に吸気される。第２の冷却ファン８２により本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、復水器８１を通って第２の冷却ファン８２に吸気される。また、第１の冷却ファン７２および第２の冷却ファン８２から排気された空気は、起電部５０およびその周囲を通過した後、本体１１の外部に排気される。
【００３４】
発電を行う時は、制御部３によってポンプやバルブの動作が制御される。制御部３は燃料ポンプ３４を駆動させ、燃料タンク３１から混合タンク４１に高濃度のメタノールを供給する。燃料流入口３２ａから噴出したメタノールは、混合タンク４１内で、既存の予混合液、アノードから還流された予混合液、混合液回収路４４の途中で復水器８１の回収槽８３から戻された水と、攪拌希釈される。この攪拌は、燃料流入口３２ａから噴出するメタノールの流れ、および混合液流入口４４ａから噴出する予混合液の流れによって行われる。
【００３５】
メタノールが足された予混合液は、循環ポンプ４２によってアノード５１に供給される。カソード５２には、送気ポンプ６１によって空気が供給されている。供給されたメタノールおよび空気は、アノード５１とカソード５２との間に設けられた電解質膜５３で化学反応する。その結果、アノード５１とカソード５２との間に電力が発生する。起電部５０で発生した電力は、制御部３からコネクタ１４を介してノート型コンピュータ１０へ供給される。
【００３６】
発電反応に伴い、起電部５０のアノード５１側には二酸化炭素が生成され、カソード５２側には水（水蒸気）が生成される。アノード５１側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった予混合液は、混合液回収路４４へ送られ、排液冷却器７１を通して冷却された後、混合タンク４１に還流する。
【００３７】
混合タンク４１に還流した二酸化炭素は、混合タンク４１内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜４１ｋを通過して、混合タンク４１から生成ガス回収路８６ａを通って排気路８６の途中に合流される。二酸化炭素は、湿り空気とともに排気フィルタ８７に通される。二酸化炭素と湿り空気は排気バルブ８８を介して、最終的には排気口８９から外部へ排気される。気液分離膜４１ｋを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、排気フィルタ８７を通過することで排気フィルタ８７に回収除去される。
【００３８】
カソード５２側に生じた水は、その大部分が水蒸気となって空気とともに排気路８６に排出される。水分を含む湿り空気は、復水器８１によって水分が凝縮分離される。空気は、排気バルブ８８を通り、排気口８９から本体１１内に排気される。本体１１内の空気は更に通気孔１１ａを通して外部に排気される。復水器８１によって凝縮された水は、回収槽８３に溜まり、水回収ポンプ８５で混合液回収路４４の途中に注入される。水は混合タンク４１へ送られ、メタノールと混合された後、混合液供給路４３から再び起電部５０へ供給される。
【００３９】
また、復水器８１によって回収しきれず復水器８１よりも下流側の排気路８６で結露した水は、排気フィルタ８７の直下に設けられる貯溜部８７ａに溜められる。貯留部８７ａに溜められた水は水供給路８４を介して混合液回収路４４の途中に合流される。
【００４０】
混合タンク４１内におけるメタノールの濃度は、濃度センサ９０によって検出される。制御部３は、検出された濃度に応じて水回収ポンプ８５を作動させ、回収槽８３から混合タンク４１へ供給する水の量を調整する。これにより、予混合液のメタノールの濃度を一定に維持する。また、排気路８６を通じて回収される水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、復水器８１の冷却能力を制御することにより調整される。復水器８１の冷却能力は回収槽８３の水位に応じて、調整する。本実施形態では、水位センサ８３ａにより検出された水位に応じて第２の冷却ファン８２の駆動電圧を制御する。冷却ファン８２の制御により復水器８１の冷却能力を調整し、水の回収量を制御する。水回収ポンプ８５が制御部３により正転駆動される間、逆止弁８５ａが開き、逆止弁８７ｂが閉じられる。回収槽８３内の水は、水供給路８４および逆止弁８５ａから混合液回収路４４を通って混合タンク４１へ送られる。
【００４１】
また、制御部３は、一定の動作期間ごとに水回収ポンプ８５を所定時間、逆転駆動させる。貯溜部８７ａ内に溜まった水を回収槽８３に回収する。水回収ポンプ８５が逆転駆動されると、逆止弁８７ｂが開き、逆止弁８５ａが閉じられる。この結果、貯溜部８７ａに溜まった水および復水器８１より下流の排気路８６内で結露した水は、回収路８７ｃ、逆止弁８７ｂ、および水供給路８４を通って回収槽８３に回収される。その後、回収された水は、混合タンク４１へ供給され、メタノールの希釈に用いられる。
【００４２】
図５は燃料電池の出力制御を実施した場合の燃料供給濃度と累積発電時間との関係を示す図である。図６は燃料電池の出力制御動作を示すフローチャートである。燃料電池１は、電解質膜５３をアノード５１とカソード５２との間に配置した構成の単セルと、表裏両面に空気や燃料の流路としての溝を形成したセパレータと、を交互に積層したセルスタック構成を有している。  ＤＭＦＣにおいては一般的に、使用に伴ってスタックが経時劣化する。スタックは、経時劣化により同一条件での発電出力は徐々に低下する傾向にある。通常、燃料として供給するメタノール濃度はあらかじめ定められた最適の値となるように制御されるが、スタックに供給するメタノール濃度を一定に保ったままでは、累積発電時間の増加に伴って発電出力が徐々に低下することになる。ここで、累積発電時間とは、スタックに燃料が供給され発電を行っている時間の累積値を指す。従って、発電出力の低下を防ぐためには、例えば図５に示すように、スタックの累積発電時間の増加に伴って、スタックに供給するメタノール濃度を徐々に大きくするように制御を行うことが望ましい。
【００４３】
累積発電時間に対して、発電出力を一定に保つために必要なメタノール濃度をあらかじめ、燃料電池１の制御部３に接続された記憶部４に記憶させておくことで、任意の累積発電時間において適切なメタノール濃度に制御することができる。
【００４４】
燃料電池１の発電部２により発電を開始したら、累積発電時間のカウントをする（ステップ１−１）。累積発電時間の増加が基準量以下の場合は（ステップ１−２のＮｏ）、特別な処理は行わず引き続き累積時間のカウントをする。累積発電時間の増加が基準量以上の場合は（ステップ１−２のＹｅｓ）、その時点でのスタック内のメタノール濃度を算出する（ステップ１−３）。スタック内のメタノール濃度を算出する際の累積発電時間は、任意に設定して良い。例えば、累積発電時間が１０時間増えるごとにメタノール濃度を算出するようにしても良いし、累積発電時間が１０時間、５０時間、１００時間となった時にメタノール濃度を算出するようにしても良い。スタック内のメタノール濃度を算出する累積発電時間は、燃料電池１の記憶部４に記憶させておくことができる。スタック内のメタノール濃度を算出したら、メタノール濃度を、適切な値に変更するように制御部３により各所のバルブやポンプ等を制御する（ステップ１−４）。累積発電時間の増加に伴い、供給するメタノール濃度を上昇させることで発電出力の低下を防止または軽減することができ、燃料電池システムの寿命を延ばすことが可能になる。
【００４５】
本実施形態では、発電出力を保つために必要なメタノール濃度を、累積発電時間を基に算出するため、スタックの劣化の度合いを考慮に入れた発電出力の制御が可能となる。
【００４６】
図７は燃料電池の出力制御を実施した場合の下限電圧値と総発電時間との関係を示す図である。スタックの累積発電時間を基に制御するのは、メタノール濃度に限らず、下限電圧を基準としても良い。ここで、下限電圧とは燃料電池システムが正常に動作するための最小の出力電圧を指す。使用に伴ってスタックが経時劣化すると、発電効率のピークが低電圧側にシフトする。累積発電時間の増加に伴い、下限電圧が徐々に小さくなるように制御することで発電出力の低下を防止または軽減することができ、燃料電池システムの寿命を延ばすことが可能になる。
【００４７】
図８は燃料電池の出力制御を実施した場合の出力電流値と累積発電時間との関係を示す図である。スタックの累積発電時間を基に制御するのは、出力電流を基準としても良い。使用に伴ってスタックが経時劣化すると、発電効率のピークが高電流側にシフトする。累積発電時間の増加に伴い、出力電流が徐々に大きくなるように制御することで発電出力の低下を防止または軽減することができ、燃料電池システムの寿命を延ばすことが可能になる。
【００４８】
スタックの経時劣化により下限電圧や出力電流が変化するが、図７および図８に示すように累積発電時間に応じて下限電圧や出力電流を制御することにより、発電性能の低下を防ぐようにしても良い。
【００４９】
本実施形態を実施した場合、燃料電池のスタックの劣化を考慮した発電出力の制御を行うことが可能となる。
【００５０】
本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図。
【図２】燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図。
【図３】燃料電池装置本体内に配設された燃料電池ユニットを示す外観斜視図。
【図４】燃料電池の発電システムの系統図。
【図５】燃料電池の出力制御を実施した場合の燃料供給濃度と累積発電時間との関係を示す図。
【図６】燃料電池の出力制御動作を示すフローチャート。
【図７】燃料電池の出力制御を実施した場合の下限電圧値と累積発電時間との関係を示す図。
【図８】燃料電池の出力制御を実施した場合の出力電流値と累積発電時間との関係を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
１…燃料電池、２…発電部、３…制御部、１０…ノート型コンピュータ、１１…本体、１１ａ…通気孔、１１ｂ…カバー、１２…載置部、１３…ロック機構、１４…コネクタ、１５…イジェクトボタン、３１…燃料タンク、３２…燃料供給路、３２ａ…燃料流入口、３３…燃料バルブ、３４…燃料ポンプ、４１…混合タンク、４１ａ…槽、４１ｂ…蓋、４３…混合液供給路、４３ａ…混合液流出口、４４…混合液回収路、４４ａ…混合液流入口、５１…アノード、５２…カソード、５３…電解質膜、６３…吸気フィルタ、６４…吸気路、７１…排液冷却器、７２…第１の冷却ファン、７３…予混合液冷却器、８１…復水器、８２…第２の冷却ファン、８３…回収槽、８４…水回収路、８６…排気路、８７…排気フィルタ、９０…濃度センサ、１００…ベースマニホールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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